Středoškolská technika 2010 Setkání a prezentace prací středoškolských studentů na ČVUT GENERÁTOR FUNKČNÍCH PRŮBĚHŮ Richard Schwarz Vyšší odborná škola a Střední škola slaboproudé elektrotechniky Novovysočanská 48/280 190 00 Praha 9
1. Úvod... 3 2. Obvod XR2206 A. Obvod funkčního generátor... 4 B. Základní vlastnosti.. 4 C. Seznámení s IO XR2206... 5 D. Maximální hodnoty 5 E. Označení vývodů IO XR2206... 5 F. Rozměry IO XR2206 6 3. Schéma funkčního generátoru A. Schéma... 7 B. Frekvenční rozsahy. 7 4. Seznam součátek... 8 5. Postup výroby na DPS A.-K. Přesný postup výroby 9 6. Test obvodu ve školní laboratoři A.-E. Detaily testování IO... 12 7. Závěr 14 2
1. Úvod Jako maturitní práci jsem si vybral Generátor funkčních průběhů. Obvod jsem měl postavit na základu integrovaného obvodu XR2206. Seznámil jsem se s jeho zapojením a funkcemi. Odvod jsem měl navrhnout a připravit na desku plošného spoje (DPS). Poté ověřit jeho funkci na osciloskopu. Obvod má vyrábět tři průběhy a to: a) Obdélník b) Sínus c) Trojúhelník Byl libovolný výběr tří rozsahů od do 200 khz. Rozsahy jsem zvolil takto: a) 1 Hz 100 Hz b) 100 Hz 10 khz c) 10 khz 200 khz Obvod jsem sestavoval na základě datasheetu od výrobce integrovaného obvodu. Z datasheetu jsem použil základní zapojení (bez frekvenčních rozsahů), které jsem ozkoušel nejprve na bastlící desce zapůjčené od školy. Obvod fungoval na po prvé bez žádných viditelných chyb a problémů. Přepínaní mezi sinem a trojúhelníkem na výstup fungovalo bez problému. Obdélník se vykresloval také bez chyb. Všechno fungovalo bez chyb, tak nebylo nic v cestě vyrobení desky plošného spoje. Dokoupil jsem si potřebné věci, abych obvod mohl vyrobit. V následujících kapitolách se budu věnovat popisu použitého integrovaného obvodu (IO) XR2206 a návrhu funkčního generátoru. 3
2. Integrovaný obvod XR2206 A. Blokové schéma obvodu Jak už bylo uvedeno v úvodu, použil jsem integrovaný obvod XR2206. Základní zapojení obvodu jsem našel v datasheetu výrobce na jeho stránkách a od zadávajícího Obr. 1: Blokové schéma IO XR2206 B. Základní vlastnosti obvodu Základem generátoru je obvod XR2206 Generuje Sinusový, obdélníkový, trojúhelníkový signál Frekvenční rozsah je 1 Hz až 1 MHz (udává výrobce) Výstupní impedance 50 ohmů Napájecí napětí 12 V 4
C. Seznámení s IO XR2206 Integrovaný obvod XR-2206 firmy Exar Corporation tvoří monolitický generátor funkcí, který zaručuje vysokou kvalitu produkovaného signálu. K základnímu sinusovému průběhu patří schopnost generování obdélníkového, trojúhelníkového, pilovitého a pulsního průběhu s vysokou stabilitou a přesností. Výstupní signál je možné amplitudově i frekvenčně modulovat. Frekvenční rozsah obvodu je nastavitelný externími prvky v rozmezí 0,01 Hz až 1 MHz. Navrhnu generátor rozsahem do 200 khz při použití vhodných kondenzátorů. Obvod XR2206 je ideální pro použití v komunikačních zařízeních, aplikacích generátorů funkcí a všude tam, kde je vyžadován sinusový průběh s možností AM, FM modulace. Typický teplotní drift je podle specifikace v katalogu 20 ppm/ C. Teplotní drift - vyjadřuje, jakým způsobem se bude výstupní napětí měnit s teplotou. Za teplotní drift můžeme poděkovat nedokonalostem polovodičové struktury. D. Maximální povolené hodnoty Napájení............................... 26V Ztrátový výkon....................... 750mW Ztráty nad 25 C...................... 5mW/ C Maximální proud........................ 6mA Skladovací teplota............ -65 C to +150 C E. Vývody IO XR2206 Integrovaný obvod XR2206 je umístěn v pouzdru DIL s šestnácti vývody. Uspořádání vývodů je patrné z obr. 2. Obr. 2: Označení vývodů IO XR2206 V tabulce 1 je uveden popis a funkce jednotlivých vývodů integrovaného obvodu. Tabulka č.1 : popis a funkce vývodů IO XR2206 5
Pin # Symbol Type Popis vývodů 1 AMSI I Amplitudově modulovaný vstupní signál. 2 STO O STO O- výstup sínus nebo trojúhelník. 3 MO O Multiplikátor (násobič) výstupu. 4 VCC Napájení. 5 TC1 I Frekvenční rozsah. 6 TC2 I Frekvenční rozsah. 7 TR1 O Odporová zátěž 1. 8 TR2 O Odporová zátěž 2. 9 FSKI I Posunutí vstupní frekvence. 10 BIAS O Napěťový odkaz. 11 SYNCO O Výstup obdélník. 12 GND Zem. 13 WAVEA1 I Vlna po úpravě 1. 14 WAVEA2 I Vlna po úpravě 2. 15 SYMA1 I Upravená symetrická vlna 1. 16 SYMA2 I Upravená symetrická vlna 2. Rozměry IO XR2206 pouzdra a vývodů je uvedeno na obr. 3, převzatého z katalogu. Obr. 3: Konstrukční uspořádání IO XR2206 6
3. Schéma funkčního generátoru Na obr. 4 je uvedeno schéma, podle kterého byl obvod zapojen na bastlící desce a dále zkonstruován na desce plošného spoje (DPS). Obr. 4: Schéma zapojení generátoru funkčních průběhů Základem je již uvedený obvod XR2206, zapojený dle doporučení výrobce. Obvod je napájen stabilizovaným napětím +12 V. Výstupní frekvence je nastavitelná ve třech rozsazích, podle následující tabulky. Jednotlivé rozsahy se volí vývody propojené jumperem na vývodech 5 a 6 (na obr. pouze jeden kondenzátor místo tří). A. Frekvenční rozsahy generátoru V tabulce jsou uvedeny kapacity použitých kondenzátorů pro jednotlivé rozsahy. Zvolený kondenzátor Frekvenční rozsah C 10 µf 1 Hz 100 Hz C- 100 nf 100 Hz 10 khz C- 1 nf 10 Hz 200 khz 7
4. Seznam součástek Integrovaný obvod XR2206 Rezistory 100 kω 10 kω 2x 5,1 kω 2x Kondenzátory- 3x 1µF 10 µf 100 nf 1 nf Potenciometry- 25 kω 2x 500 Ω Přepínač- 25 V, 6 A Zdířky- vnější/vnitřní průměr 10,7/4mm délka 23mm 5x Jumper + nožičky zkratovací propojka, pozlacená, modrá barva, uzavřená, rozteč 2,54mm 8
5. Postup výroby na DPS A. Nakoupil jsem si potřebné součástky v GM elektronic a GES Potřebné produkty na výrobu: Leptací roztok (FeCl3 roztok chloridu železitého) Kuprexitová destička 4x potenciometr 5x zdířka na banánek IO XR2206 + 16 pinová zdířka Spínač 5x odpor 6x kondenzátor 3x jumper B. Rozvrhl jsem si součastky na desku a nakreslil jsem si na papír potřebný obvod, který jsem mohl přiložit na DPS. Obr. 5: Návrh plošného spoje na DPS C. Papír jsem přiložil na desku DPS a vytlačil jsem do ní otvory na jednotlivé vývody. 9
D. Dále jsem destičku očistil od nečistot a mastnoty. E. Na kuprextit jsem lihovou fixou narýsoval obvod navržený na papíře. Obr. 6: Kuprexit F. Do nádoby jsem si nalil leptací roztok (FeCl3 roztok chloridu železitého) a obvod jsem do něho položil a nechal leptat po dobu 20 minut. Obr. 7: Leptací roztok G. Po vyleptání jsem obvod utřel a vyčistil lihem od fixy nanesené na cestách. H. Následovalo vrtaní všech potřebných děr na destičce. Pro odpory, jumpry, kondenzátory a IO XR2206 jsem použil vrták o velikosti 1 mm. Na zdířky pro banánky 7 mm, spínač 6 mm a v poslední řadě 10 mm na potenciometry. I. Dále přislo na řadu pájení a uchycení všech součástek na DPS. J. Po nápajení všech součástek a drátků byl obvod připraven k uplné funkčnosti. 10
K. Hotový obvodu s integrovaným obvodem XR2206 Popis Obr. 8: Realizace přípravku funkčního generátoru Popis: a) Potenciometry - 1. Regulace násobiče výstupu 2. X nezapojen 3. THD adjust (Nastavení veličiny definující zkreslení sinusového a trojúhelníkového harmonického signálu) 4. Nastavení souměrnosti b) Zdířky pro konektory - 1. Černá- Zem - 2. Červená- Plus + 3. Modrá- Sínus, Trojúheník 4. Zelená- Obdélník 5. Žlutá- FSK input (frekvenční klíčování digitálním signálem) 11
6. Test obvodu ve školní laboratoři Připravil jsem si analogový osciloskop, zdroj stejnosměrného napětí a propojovací kabely. A. Na zdroji jsem nastavil 12V SS. B. Obvod jsem propojil potřebnými kabely. Obr. 9: Napájecí napětí 12 V C. Obvod jsem připojil na zdroj a osciloskop zobrazil tento průběh. Osciloskop je připojen na svorky a sinus/trojúhelník. Obr. 10: Sepnutý spínač - sinus Obr. 11: Rozepnutý spínač - trojúhelník 12
D. Dále jsem připojil osciloskop na svorky,, obdélník. Průběh je uveden na obr.12. Obr. 12: Obdélníkový průběh 13
7. Závěr Všchny průběhy napětí byly testovány na prostředním rozsahu, kde nedochází k žádnému zkreslení signalu. Testovaný rozsah byl 100 Hz 10 khz. Obvod nevykazuje žádné mechanické chyby, které by vznikly během výroby. Při změně rozsahu k vyšším frekvencím již dochází ke zkreslení signálu. Obvod pracuje tak, jak je od výrobce doporučeno. ***Použité obrázky jsou z datasheetu IO xr2206 od firmy EXAR a ze stránek www.gme.cz/cz*** 14